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文档简介
1、直立自平衡小车设计方案,组员 黄涛 陶玉龙 王亚龙 梁华盛,一.选题依据: 直立自平衡小车是要求仿照两轮自平衡电动车的行进模式,让小车以两个后轮驱动进行直立行走。近年来,两轮自平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点得到了很大的发展。国内外有很多这方面的研究,也有相应的产品。,二.研究目标 (1)控制小车平衡:通过控制两个电机正反向运动保持车模直立平衡状态; (2) 控制小车速度:通过调节车模的倾角来实现车模速度控制; (3) 控制小车方向:通过控制两个电机之间的转动差速实现车模转向控制。,研究目标,三.研究内容及关键技术 (1)小车平衡控制 如何通过控制使得倒立摆能够像单摆一样,稳定在垂直位
2、置呢?要达到这一目的,只有两个办法:一个是改变重力的方向;另一个是增加额外的受力,使得恢复力与位移方向相反。 显然对于直立自平衡小车采用第二种方法。,小车平衡控制,总结控制两轮小车直立稳定的条件如下: (1)能够精确测量车模倾角的大小和角速度 的大小;(加速度传感器和角速度传感器) (2)可以控制车轮的加速度。(电机运动控制),电机运动控制作用: 1.通过电机加速度控制实现小车平衡稳定。 2.通过电机速度控制,实现小车恒速运行和静止。 3.通过电机差速控制,实现小车方向控制。,(2)小车速度控制 控制速度只要通过控制小车的倾角就可以实现了。具体实现: 1.通过安装在电机轴上的光电码盘来测量得到
3、小车的车轮速度。 2.通过小车直立控制实现小车倾角的改变。,(3)小车方向控制 电机差动控制: 利用小车左右轮偏差检测信号分别与车模速度控制信号进行加和减,形成左右轮差动控 制电压,使得车模左右轮运行角速度不一致进而控制车模方向。,小车方向控制,四.软硬件设计 1.小车本体组装(带减速齿轮的双电机小车) 2.硬件电路搭建(模块化控制电路设计) 3.控制软件设计(PID算法和Kalman Fielt设计) 4.后期调试,硬件电路搭建: (1) 单片机最小系统:包括AVR单片机,程序下载调试接口等; (2) 陀螺仪与加速度计:包括传感器信号放大滤波电路; (3) 速度检测:检测电机光电码盘脉冲频率; (4) 电机驱动:驱动两个电机运行功放电路; (5) 电源:电源电压转转换,稳压,滤波电路; (6)设置与调试:显示系统运行状态与监控,五.可行性分析 目前我们组的定位是首先AVR单片机控制电路实现小车自主平衡。速度和方
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